Деформации зданий

Деформации зданий (ДЗ) — изменения геометрических параметров конструктивных элементов, которые могут возникать под воздействием различных внешних, а также внутренних факторов. Своевременное выявление и устранение деформаций – гарантия безопасности, долговечности, функциональности строений.

В Москве и Московской области очень плотная застройка, поэтому мониторинг деформаций конструкций зданий остается одним из востребованных видов геодезических работ. Небольшая, на первый взгляд, трещина может привести к обрушению конструкции. Поэтому профессиональная периодическая проверка необходима для обеспечения безопасной эксплуатации здания

Причины возникновения деформаций зданий и сооружений

Жилые, производственные и коммерческие объекты подвергаются воздействию техногенных факторов, окружающего строительства и проч. Особенно это касается сооружений, которые эксплуатируются в условиях плотной городской застройки. Специалисты указывают на следующие причины возникновения ДЗ:

• Погрешности в проектной документации, недочеты при проведении инженерно-геологических работ, анализе грунта, методах выполнения земляных работ.
• Ошибки в определении глубины основания, выборе типа фундамента.
• Происшествия, связанные с коммуникациями (подмывание грунто), их естественный износ.
• Размещение новых строений вблизи к уже существующим зданиям.
• Изменение уровня влажности и температуры окружающей среды, что влияет на ослабление связующих материалов.
• Ухудшение прочностных характеристик в процессе эксплуатации, использование некачественных строительных материалов.
• Усиление нагрузки на конструкции за счет дополнительных этажей, а также при строительстве или углублении подвалов.
• Наличие под зданием остатков старых сооружений, засыпанных канав, забетонированных колодцев.
• Эрозия основания из-за подъема уровня грунтовых вод, атмосферных осадков.

Эксперты подчеркивают, что деформации оснований зданий обычно вызваны множеством факторов, среди которых некоторые играют доминирующую роль. Основной целью геодезического мониторинга является своевременное выявление динамики деформаций, а также условий, способствовавших появлению этих факторов.

Виды деформаций зданий

Повреждения зданий и сооружений могут произойти из-за действия статических, а также динамических нагрузок. Среди различных видов ДЗ выделяют:

• осадку;
• наклон (крен); 
• оседание;
• изгибы (прогибы, выгибы ;
• кручения;
• горизонтальные смещения.

Осадка строения происходит при уплотнении почвы под основанием. Процесс может быть спровоцирован оползнями, карстовыми процессами, землетрясениями, а также движением транспорта. Часто осадку путают с усадкой, которая является естественным процессом уменьшения объема материалов в новом строении. Продолжительность этого периода – от 2 до 6 лет (при правильных расчетах не несет угрозы).

Осадка же указывает на проблемы с грунтом или основанием. Если осадка равномерна, она не ведет к структурным повреждениям, однако может усложнить эксплуатацию здания. Неконтролируемая вертикальная осадка может стать причиной разрушения.

Неравномерность осадки может вызвать трещины, разломы. Трещины, связанные с осадкой, могут изменяться в зависимости от температурных условий. Наиболее опасны сквозные трещины в несущих конструкциях.

Боковой ветер, давление почвы и воды могут привести к смещению конструкций. Высокие здания особенно подвержены ветровой нагрузке. Ветер и солнечное излучение вызывают изгиб, кручение в башнях, дымовых трубах.

Крены в жестких конструкциях возникают из-за асимметричной нагрузки на основание, могут развиваться в разные стороны. В конструкциях с недостаточной жесткостью под воздействием осадки могут возникнуть прогибы и выгибы, причем опасной зоной для прогиба является нижняя часть, а для выгиба — верхняя.

Деформации могут быть как остаточными, так и временными, исчезающими после прекращения действия нагрузок. Для определения их характера проводится измерение геометрических параметров до, во время и после приложения нагрузки.

Зачем устанавливать наблюдение за деформациями зданий и сооружений

Главная задача мониторинга заключается в измерении повреждений для анализа стабильности сооружения, принятия необходимых мер предосторожности, чтобы гарантировать его безопасную эксплуатацию. Кроме того, анализ данных мониторинга позволяет оценить точность проектных расчетов и выявить закономерности, которые помогут предсказать будущие ДЗ.

Мониторинг повреждений включает ряд измерительных и аналитических процедур для определения их масштабов, причин. Для сложных и важных объектов мониторинг начинается уже на этапе проектирования, включает изучение воздействия окружающей среды, создание системы ориентиров для оценки их стабильности.

Мониторинг ДЗ запускается в момент строительства и продолжается на протяжении всего времени возведения. После завершения строительства многих крупных объектов мониторинг продолжается во время эксплуатации. Продолжительность наблюдений может меняться: в некоторых случаях работы завершаются после прекращения деформаций, в других — продолжаются на протяжении всего срока службы объекта.

Наблюдения проводятся регулярно, согласно установленному графику, классифицируются как систематические. В случаях, когда происходят события, способные вызвать внезапные изменения (изменение нагрузки, температуры, уровня грунтовых вод, землетрясения, прочее), выполняются срочные наблюдения.

В рамках специальных исследований проводится мониторинг изменений состояния и температуры почвы, подземных вод, температуры самого объекта, метеорологических условий и т.д. Также учитывается изменение нагрузки от строительства, установленного оборудования.

Как проводится мониторинг деформации зданий

Мероприятия данного типа выполняются циклически, путем проведения инструментальной и визуальной проверки объекта обследования через выбранный временной интервал. При организации наблюдений разрабатывается программа работ, которая содержит следующие данные:

• техническое задание на выполнение работ;
• основную информацию о конструкции, её окружающей среде, условиях эксплуатации;
• план размещения опорных пунктов(реперов), деформационных марок  фиксирующих ДЗ;
• основную схему проведения наблюдений;
• вычисление требуемой точности измерений;
• инструменты, технология и методы проведения измерений деформаций зданий;
• руководство по анализу результатов измерений, оценке состояния объекта;
• график выполнения наблюдений;

Методы измерения деформаций зданий, сооружений

Выбираются в зависимости от типа, степени прогнозируемых деформаций, а также от требований к точности результатов. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных методов:

1. Нивелирование. Метод является основным и наиболее точным для измерения ДЗ. Высокоточное нивелирование проводится по деформационным маркам, установленным на возводимом сооружении, коммуникациях и в окружающей застройке. Точность измерений может достигать десятых долей миллиметра.
2. Высокоточные тахеометры. Используются для наблюдения за кренами зданий и планового смещения. Этот метод позволяет своевременно выявлять горизонтальные деформации.
3. Амплитудно-волоконные оптические системы. Предоставляют полную и точную информацию о перемещениях и деформациях фундаментов, стен и перекрытий. Датчики устанавливаются на поверхности здания и работают по принципу «норма-тревога». Регистрируют любые изменения, микроповреждения или деформации, автоматически оповещают оператора при отклонениях.
4. Спутниковая геодезия. Метод обеспечивает возможность непрерывного мониторинга с использованием навигационных устройств высокой точности. Спутниковая геодезия обеспечивает высокую точность и полную автоматизацию процесса измерений. Применяется менее часто, обычно при линейных объектах, а также на высотных зданиях

Перечисленные методы наблюдения за деформациями зданий используются в сочетании с современным оборудованием и программным обеспечением, отвечают стандартам качества.

Периодичность проведения мониторинга деформаций

Для каждого объекта частота мониторинга является индивидуальной и должна быть прописана в разрабатываемой программе работ. Как правило, отслеживание начинается с самых первых этапов строительства и продолжается до тех пор, пока изменения в структуре не уменьшатся до 1-2 мм в год. Установлены определенные периоды для измерения деформаций зданий и сооружений:

• в начале строительства, при нулевом цикле;
• в процессе строительства периодические циклы (как правило 1 раз в месяц;
• после окончания строительства;

После каждого этапа измерений создаются графики, отображающие изменения осадки во времени: составляются таблицы, ведутся записи уровней по нивелирным маркаам. Если наблюдается увеличение скорости деформации, появление кренов, трещин или ускорение осадки, частота наблюдений увеличивается. Процесс наблюдения включает замеры, описание масштабов повреждений, выявление их причин.

Мониторинг деформаций и фундаментов зданий, сооружений проводится для проверки соответствия проектным расчетам, выявления закономерностей, своевременного принятия мер для устранения возможных последствий, предотвращения опасных ситуаций.

В период эксплуатации объекта наблюдения за деформациями осуществляются согласно графику, систематически фиксируются результаты в документации. Специалисты также мониторят состояние, температуру подземных вод, почвы, метеорологические условия, а также изменения строительной и эксплуатационной нагрузки.

Использование геодезических знаков для измерения деформаций и повреждений зданий

Геодезические знаки играют ключевую роль в мониторинге ДЗ и сооружений. Выбор их типа и расположения существенно влияет на точность измерений. В зависимости от функционала различают опорные, вспомогательные и деформационные геодезические знаки. Их также разделяют на плановые, высотные.

Опорные знаки выступают в роли фиксированной базы для отслеживания смещений деформационных знаков и устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить их устойчивость, сохранность на длительный срок. Вспомогательные знаки используются как промежуточные точки для передачи координат между опорными, деформационными знаками. Деформационные знаки монтируются непосредственно на объекте мониторинга, отражают его пространственные изменения вместе с перемещениями конструкции.

Для знаков деформаций грунтов часто применяются трубчатые конструкции. Они состоят из стальной трубы, которая углубляется в грунт – не менее 1 м от поверхности. Конец трубы оборудуется фланцем с крепежом для головки знака.

Для исходных высотных реперов также характерно использование трубчатых конструкций, закрепляемых в грунт ниже глубины промерзания грунтов для конкретной местности.

Кто проводит наблюдение за деформациями зданий

Услуги геодезического мониторинга за деформациями зданий предоставляют специализированные компании. Необходимо действующее свидетельство СРО на инженерные изыскания. Сотрудники нашей компании имеют профильное высшее образование, раз в 5 лет проходят повышение квалификации.

Мы располагаем необходимым оборудованием для инженерных изысканий. Проводим работы с использованием высокоточных нивелиров. Прибор обеспечивает точность измерения до 0.2 мм на 1 километр двойного нивелирного хода. Точность прибора отвечает требованиям нивелирования 1-ого класса точности. Для планового мониторинга используем тахеометр с точностью 1 секунда.

Как устранить деформации здания

Это комплексная задача, требующая индивидуального подхода, учета причин возникновения деформаций, их типа, степени выраженности. Рассмотрим основные шаги и методы, которые могут быть применены:

• Проведение детального обследования объекта с помощью геодезических и инженерных методов для точного определения причин, характера деформаций.
• Анализ результатов обследования и разработка технического отчета, включающего описание проблемы, причины ее возникновения, рекомендации по устранению.
• Планирование работ, которые необходимо выполнить для восстановления нормального состояния здания.
• Расчет необходимых материалов, оборудования для проведения работ.
• Укрепление фундамента здания, если причиной деформации стало оседание или недостаточная несущая способность фундамента. Могут быть применены технологии подпора, уширения или углубления основания, а также введение дополнительных опор.
• Усиление несущих конструкций — применение металлических, железобетонных или композитных усилителей для повышения несущей способности элементов здания.
• Ремонт, восстановление поврежденных участков — замена или ремонт поврежденных элементов конструкций, швов, стыков.
• Использование технологий инъектирования для устранения трещин и пустот в конструкциях, основаниях сооружений.
• Применение технологий грунтовой стабилизации и улучшения характеристик основания, включая гидрогеологические работы для изменения условий водообмена.
• Проведение повторных измерений для оценки эффективности проведенных работ.
• Организация системы мониторинга для постоянного наблюдения за состоянием здания после устранения деформаций.
• Разработка мер по предотвращению повторного возникновения деформаций: улучшение дренажной системы, защита от эрозии, регулирование нагрузок на конструкции.

Стоимость работ по мониторингу определяется объемом необходимых изысканий, сроком наблюдения, а также размерами объекта и другими факторами. Помните, что предупредить деформации и устранить их первые проявления дешевле и быстрее.